JP2008200751A - Wire for electroslag welding - Google Patents
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Description
本発明はエレクトロスラグ溶接用ワイヤに関し、特に溶接部の靭性が要求される建築用ボックス柱の溶接に好適なものに関する。 The present invention relates to an electroslag welding wire, and more particularly to a wire suitable for welding of a box box for construction that requires toughness of a welded portion.
高層建築に用いられるボックス柱は、スキンプレートの角継手とダイヤフラムとスキン
プレートを溶接して製作され、角継手には大入熱サブマージアーク溶接が用いられ、ダイ
ヤフラムとスキンプレートの溶接部は両者と当金により縦穴状に形成された開先となるためエレクトロスラグ溶接を用いることが一般に行われている。
Box columns used in high-rise buildings are manufactured by welding skin plate corner joints, diaphragms, and skin plates. Large heat input submerged arc welding is used for corner joints, and the welds of diaphragms and skin plates are both In general, electroslag welding is used because the groove is formed in a vertical hole shape by the gold.
エレクトロスラグ溶接は縦向き方向に形成した閉断面の開先に溶接ワイヤを供給し、抵抗発熱により溶融して溶接金属を形成し1パスで溶接を行う方法で、主に溶融スラグの抵抗発熱を熱源とする。 Electroslag welding is a method in which a welding wire is supplied to a groove with a closed cross section formed in the vertical direction, melted by resistance heating to form a weld metal, and welded in one pass. Use as a heat source.
この溶接では、溶接部の靱性を確保するため合金元素を多量に含んだ溶接ワイヤと開先の底部までワイヤを供給するために長尺のノズルを用いるが、溶接と共にノズルも溶かす消耗ノズル式と水冷ノズルを上昇させながら行う非消耗ノズル式の方法があり、最近のボックス柱のエレクトロスラグ溶接は、ほとんど非消耗ノズル式で行われている。 In this welding, in order to secure the toughness of the welded part, a welding wire containing a large amount of alloy elements and a long nozzle are used to supply the wire to the bottom of the groove. There is a non-consumable nozzle type method in which the water-cooled nozzle is raised, and most recent electroslag welding of box columns is performed by a non-consumable nozzle type.
一方、建築鉄骨溶接部の性能に関しては、阪神大震災を契機とした鉄骨仕口部に対する必要靭性の見直しから、国交省/鉄鋼連盟の共同検討結果により、試験温度0℃におけるシャルピー吸収エネルギー70Jとする指針が得られている。 On the other hand, with regard to the performance of construction steel welds, the Charpy absorbed energy of 70 J at a test temperature of 0 ° C is determined based on the results of a joint review of the MLIT / Steel Federation from the review of required toughness for steel joints triggered by the Great Hanshin Earthquake. Guidelines have been obtained.
ボックス柱の溶接部に対しても同様な靭性が要求されるため、溶接金属の靭性向上を目的に種々のエレクトロスラグ溶接用溶接ワイヤが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3)。
エレクトロスラグ溶接では開先の溶融は溶融金属からの伝熱によるため、開先の角まで確実に溶融するためには溶接速度を抑制したり溶接電圧を高く設定して開先を深く溶かすことが必要で、溶接入熱は非常に大きく、溶接金属は粗大粒組織となる。 In electroslag welding, the groove melts due to heat transfer from the molten metal, so to ensure melting to the corner of the groove, the welding speed can be suppressed or the welding voltage can be set high to melt the groove deeply. Necessary, the welding heat input is very large, and the weld metal has a coarse grain structure.
溶接金属組織を制御してエレクトロスラグ溶接の溶接金属の靭性を向上させる場合、以下のアプローチがある。 When controlling the weld metal structure to improve the toughness of electroslag weld metal, there are the following approaches.
1.Ni、Moなどの添加により溶接金属の焼き入れ性を高めて微細なベイナイト組織とする。2.Mo添加による適度な焼き入れ性の確保とB添加による粗大粒界フェライトの生成抑制による微細なフェライト組織とする。 1. Addition of Ni, Mo and the like enhances the hardenability of the weld metal to form a fine bainite structure. 2. A fine ferrite structure is ensured by ensuring adequate hardenability by adding Mo and suppressing the formation of coarse grain boundary ferrite by adding B.
前者の場合、溶接ワイヤ合金成分の添加量が多くなるため、合金成分のコストが高価で、且つ溶接金属の強度が高くなりすぎ、後者のB添加型の溶接ワイヤでは、合金成分は前者より少なく経済的であるが、多量のBを含有するワイヤは素材製造時の割れ発生などによる歩留まりが著しく低く、製造コストが上昇することが指摘されている。 In the former case, since the added amount of the welding wire alloy component is increased, the cost of the alloy component is expensive, and the strength of the weld metal is too high. In the latter B-added type welding wire, the alloy component is less than the former. Although it is economical, it has been pointed out that a wire containing a large amount of B has a remarkably low yield due to the occurrence of cracks during the production of the material, resulting in an increase in production cost.
そこで、本発明は、安定して高靭性の溶接金属が得られる経済的に優れたエレクトロスラグ溶接用ワイヤを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an economically excellent electroslag welding wire from which a weld metal having high toughness can be obtained stably.
本発明者等はエレクトロスラグ溶接による溶接金属の化学組成と靭性の関係について、溶接線方向への変化を考慮して種々検討し、以下の知見を得た。 The present inventors have made various studies on the relationship between the chemical composition and toughness of the weld metal by electroslag welding in consideration of changes in the weld line direction, and obtained the following knowledge.
1)B添加型溶接ワイヤを用いた溶接金属におけるB含有量は、フラックスへのB添加により溶接スタート側では増加するが、平衡状態に達すると母材とワイヤの溶融比率と含有量によって決まる。 1) The B content in the weld metal using the B-added welding wire increases on the welding start side due to the addition of B to the flux, but when the equilibrium state is reached, it is determined by the melting ratio and content of the base material and the wire.
2)その他の元素は、フラックスから供給される酸素を除いて母材とワイヤの溶融比率と当該元素の含有量によって決まる。 2) Other elements are determined by the melting ratio of the base material and the wire, and the content of the elements, excluding oxygen supplied from the flux.
3)一般的に用いられているエレクトロスラグ溶接用フラックスを用いた場合、良好な溶接金属靭性を得るためには溶接金属のB含有量はN量との比率で適正範囲がある。 3) When generally used flux for electroslag welding is used, in order to obtain good weld metal toughness, the B content of the weld metal has an appropriate range in proportion to the N amount.
4)ボックス柱のダイヤフラムとスキンプレートのエレクトロスラグ溶接部における溶接金属の希釈率は、溶け込み幅の確保のために開先をある程度溶融させる必要があるが、溶接入熱は低い方が機械的特性がよく経済的でもあることから、実用的には適切な範囲が限定されてしまう。 4) The welding metal dilution ratio in the electroslag welds of the box column diaphragm and skin plate needs to melt the groove to some extent in order to secure the penetration width, but the mechanical properties are lower when the welding heat input is lower. However, it is also economical and the practical range is limited.
本発明は、これらの知見をもとに、更に検討を加えてなされたものである。
すなわち、本発明は、
1.質量%で、C:0.002〜0.1%、Si:0.02〜1.5%、Mn:1.5〜3.0%、Al:0.01〜0.10%、Ti:0.05〜0.28%、Mo:0.2〜1.2%、N:0.002〜0.008%、および下式を満足するBを含有し、残部Feおよび不可避的不純物量からなるメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
0.006<[B]−[N]<0.01
但し、[B]、[N]は含有量(質量%)
2.質量%で、B:0.0090〜0.016%未満を含む、鋼製外皮に金属粉を充填してなることを特徴とする1に記載のメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
3.1または2記載の化学成分を有するエレクトロスラグ溶接用ソリッドワイヤ。
The present invention has been made based on these findings and further studies.
That is, the present invention
1. In mass%, C: 0.002-0.1%, Si: 0.02-1.5%, Mn: 1.5-3.0%, Al: 0.01-0.10%, Ti: 0.05 to 0.28%, Mo: 0.2 to 1.2%, N: 0.002 to 0.008%, and B satisfying the following formula, the balance Fe and the amount of unavoidable impurities Wire for electroslag welding containing metal powder.
0.006 <[B]-[N] <0.01
However, [B] and [N] are contents (mass%).
2. 2. The metal powder-containing electroslag welding wire according to 1, wherein the steel outer shell is filled with metal powder and contains B: 0.0090 to less than 0.016% by mass%.
3. A solid wire for electroslag welding having the chemical component according to 3.1 or 2.
本発明によれば、高靱性な溶接金属が安定して得られる、安価なエレクトロスラグ溶接用ワイヤが得られ,産業上極めて有用である。 According to the present invention, an inexpensive electroslag welding wire from which high-toughness weld metal can be obtained stably is obtained, which is extremely useful industrially.
本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤの化学成分限定理由について以下に説明する。尚、以下に述べる化学成分の含有量は、ワイヤの全質量に対する質量%で、メタル粉入りワイヤ(鋼製外皮の中に合金粉を巻き締めて作製した、所謂巻き締め型コアードワイヤ)の場合は、鋼製外皮と合金粉を総計したワイヤの全質量に対する質量%で、ソリッドワイヤの場合は、ソリッドワイヤの全質量に対する質量%である。 The reason for limiting the chemical components of the electroslag welding wire of the present invention will be described below. In addition, the content of the chemical component described below is mass% with respect to the total mass of the wire, and in the case of a wire containing metal powder (a so-called coiled cored wire produced by winding an alloy powder in a steel outer sheath). In the case of a solid wire, the mass% is based on the total mass of the solid wire and the total mass of the solid wire.
C
Cは溶接金属の強度を確保するために必要な元素であるが、0.002%未満では強度確保が困難であり、一方0.1%超えでは溶接金属の靭性が劣化する傾向があるため、0.002〜0.1%とする。
C
C is an element necessary for ensuring the strength of the weld metal, but it is difficult to ensure the strength if it is less than 0.002%, while the toughness of the weld metal tends to deteriorate if it exceeds 0.1%, 0.002 to 0.1%.
Si
Siは溶接金属を脱酸するために必要な元素であるが、0.02%未満ではその効果が期待できない。1.5%超えでは溶接金属の靱性を劣化させる傾向があり好ましくないため、0.02〜1.5%とする。
Si
Si is an element necessary for deoxidizing the weld metal, but if less than 0.02%, the effect cannot be expected. If it exceeds 1.5%, there is a tendency to deteriorate the toughness of the weld metal.
Mn
Mnは溶接金属の強度・靱性を確保するために必要な元素であるが、1.5%未満では強度確保が困難であり、靭性確保の観点からも好ましくない。一方3.0%超えでは溶接金属中に過剰となって、かえって靱性を劣化させる嫌いがあるため、1.5〜3.0%とする。
Mn
Mn is an element necessary for ensuring the strength and toughness of the weld metal, but if it is less than 1.5%, it is difficult to ensure the strength, which is not preferable from the viewpoint of ensuring toughness. On the other hand, if it exceeds 3.0%, it becomes excessive in the weld metal, and on the contrary, there is a dislike to deteriorate toughness.
Al
Alは溶接金属の脱酸に有効な元素であるが、0.01%未満ではその効果が期待できないが、一方、0.10%超えでは溶接金属の靱性を劣化させる傾向があり好ましくないため、0.01〜0.10%とする。
Al
Al is an element effective for deoxidation of the weld metal, but if less than 0.01%, the effect cannot be expected, but if it exceeds 0.10%, there is a tendency to deteriorate the toughness of the weld metal. 0.01 to 0.10%.
Mo
Moは溶接金属の強度を向上させ、ミクロ組織を微細化して靱性を向上させるために有効な元素であるが、0.2%未満では効果に乏しく、1.2%超えでは溶接金属の焼き入れ性が過剰となって靱性を劣化させる傾向があり好ましくないため、0.2〜1.2%とする。
Mo
Mo is an effective element for improving the strength of weld metal and improving the toughness by refining the microstructure. However, if it is less than 0.2%, the effect is poor, and if it exceeds 1.2%, the weld metal is quenched. Since there is a tendency that the toughness becomes excessive and the toughness is deteriorated, it is not preferable.
Ti
Tiは溶接金属を脱酸してBの効果を確保するとともに、その酸窒化物が組織微細化に寄与するために、高靱性を得るために必要な元素であるが、0.05%未満ではその効果が不十分であり、一方0.28%超えでは溶接金属に過剰に含有され、かえって靱性を劣化させるため、0.05〜0.28%とする。
Ti
Ti is an element necessary for obtaining high toughness because deoxidation of the weld metal to ensure the effect of B and its oxynitride contributes to the refinement of the structure, but less than 0.05% The effect is insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.28%, it is excessively contained in the weld metal, and on the contrary, the toughness is deteriorated, so 0.05 to 0.28%.
N
Nは溶接金属の旧γ粒界に生成する粗大なフェライトの生成を抑制するBの効果を阻害するために本来低い方が靭性確保の観点からは望ましいが、現在、高靭性の要求される構造物に適用されている鋼材のN含有量は、おおむね0.002〜0.008%の範囲である。
N
N is desirably originally low from the viewpoint of securing toughness in order to inhibit the effect of B, which suppresses the formation of coarse ferrite formed at the prior γ grain boundaries of the weld metal, but currently a structure that requires high toughness. The N content of steel materials applied to objects is generally in the range of 0.002 to 0.008%.
ワイヤのN量は、高靱性を得るために必要なB量とバランスさせるためには、母材の含有量に近いことがバラツキを抑制するために好ましい。したがって、0.002%未満では母材に対して低すぎるため、また0.008%を超えると高すぎるため母材希釈の変化による溶接金属中N量が変化して安定した溶接金属靭性を得ることが難しいため、0.002〜0.008%とする。 In order to balance the N amount of the wire with the B amount necessary for obtaining high toughness, it is preferable that the N content is close to the content of the base material in order to suppress variation. Therefore, if it is less than 0.002%, it is too low with respect to the base metal, and if it exceeds 0.008%, it is too high, so the amount of N in the weld metal changes due to the change in the base metal dilution, and stable weld metal toughness is obtained. Since it is difficult, 0.002 to 0.008%.
0.006<[B]−[N]<0.01
本パラメータ式は溶接金属のミクロ組織を微細化して靱性を向上させるために有効な元素であるBを、溶接金属中で酸素、窒素量に対して過不足無く含有させるためのもので、高靭性が必要なエレクトロスラグ溶接部に用いられる比較的低Nな鋼板(スキンプレート、ウエブ)と当て金に用いられる、比較的高N量な鋼板の希釈を考慮して求めた。
0.006 <[B]-[N] <0.01
This parameter formula is used to contain B, which is an effective element for improving the toughness by refining the microstructure of the weld metal, without excess or deficiency in the amount of oxygen and nitrogen in the weld metal. Is obtained in consideration of dilution of a relatively low N steel sheet (skin plate, web) used for an electroslag welded portion and a relatively high N steel sheet used for a backing metal.
ワイヤから添加されるB量により、鋼板に含まれるNとのバランスを最適に調整するためには、ワイヤに含有される([B]−[N])量が、0.006%以下では不十分であり良好な靱性を得ることができない。 In order to optimally adjust the balance with N contained in the steel sheet by the amount of B added from the wire, the amount of ([B]-[N]) contained in the wire is not good if it is 0.006% or less. It is sufficient and good toughness cannot be obtained.
一方、0.01%を超えるとBが過剰となり靱性が劣化するので好ましくない。ワイヤ中のB量はN量に対して0.006%以上過剰でなければならないため、ワイヤ中のB量が0.009%未満のワイヤでは、N量が0.003%未満と工業的な生産が難しくなる。 On the other hand, if it exceeds 0.01%, B is excessive and the toughness is deteriorated. The amount of B in the wire must be 0.006% or more excess with respect to the amount of N. Therefore, in the case of the wire having the amount of B in the wire of less than 0.009%, the amount of N is less than 0.003%. Production becomes difficult.
一方、ワイヤ中のB量が0.016%となると溶接金属中のB量が少なくなって割れ発生が懸念される。このため、ワイヤ中のB量は好ましくは0.009〜0.016%未満とする。 On the other hand, if the amount of B in the wire is 0.016%, the amount of B in the weld metal decreases and there is a concern about the occurrence of cracks. For this reason, the amount of B in the wire is preferably 0.009 to less than 0.016%.
ボックス柱のスキンプレートとダイヤフラムの接合部を模した図1に示す開先部を有する試験体を、種々の化学成分のメタル粉入りワイヤを用いた非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接で溶接し、溶接金属の強度と靭性を調査した。試験体の全長は500mmとした。 A specimen having a groove portion shown in FIG. 1 simulating a joint between a box column skin plate and a diaphragm is welded by non-consumable nozzle type electroslag welding using wires containing metal powder of various chemical components. The strength and toughness of the metal were investigated. The total length of the test body was 500 mm.
図1において1はスキンプレート(PL1)、2は当金(BP)、3はダイヤフラム(PL2)で、それぞれに用いた鋼板の板厚と化学成分を表1に示す。 In FIG. 1, 1 is a skin plate (PL1), 2 is an award (BP), 3 is a diaphragm (PL2), and Table 1 shows the thickness and chemical composition of the steel plates used for each.
エレクトロスラグ溶接の溶接条件は、溶接電流:380A、溶接電圧:50V、ワイヤ送給速度:8.5m/min、溶接速度:2.4cm/minとした。 The welding conditions for electroslag welding were welding current: 380 A, welding voltage: 50 V, wire feed speed: 8.5 m / min, welding speed: 2.4 cm / min.
図2は得られた継手部からのシャルピー試験片の採取位置およびノッチ位置を模式的に説明する図で、4は溶接金属(WM)、5はシャルピー試験片、6はシャルピー試験片のノッチ位置を示し、シャルピー試験片5は溶接長:500mmの略1/2から、スキンプレート1に対して直角方向に採取し、ノッチ位置6は、試験体の上面側で溶接金属(WM4)中心とした。WM5(溶接金属)の引張強度は、シャルピー試験採取位置の上部側より採取したA1号試験片(JISZ3111)により求めた。
FIG. 2 is a diagram for schematically explaining the sampling position and the notch position of the Charpy test piece from the obtained joint, where 4 is the weld metal (WM), 5 is the Charpy test piece, and 6 is the notch position of the Charpy test piece. The Charpy test piece 5 was sampled in a direction perpendicular to the
表2にメタル粉入りワイヤの化学成分と結果をまとめて示す。本発明に係るワイヤ(記号1〜4)を用いた場合、シャルピー吸収エネルギー(試験温度0℃)が70J以上の、靭性の良好な溶接金属が得られ、特にワイヤ中のB量が好適範囲にある(記号1〜3)では特に優れた靱性が得られた。引張強度は500〜600MPa級で、建築部材として十分な強度の継手が得られることが確認された。
Table 2 summarizes the chemical components and results of metal powder-containing wires. When the wires (
一方、比較例(ワイヤの記号5〜8)ではワイヤの組成が適正範囲をはずれているため、溶接金属の靱性が劣り、高靱性を要求される溶接継手に用いるには不十分であった。 On the other hand, in the comparative examples (wire symbols 5 to 8), the wire composition is out of the proper range, so that the weld metal has poor toughness and is insufficient for use in a welded joint that requires high toughness.
1 スキンプレート(PL1)
2 当金(BP)
3 ダイヤフラム(PL2)
4 溶接金属(WM)
5 シャルピー試験片
6 シャルピー試験片のノッチ位置
1 Skin plate (PL1)
2 Money (BP)
3 Diaphragm (PL2)
4 Weld metal (WM)
5 Charpy specimen 6 Notch position of Charpy specimen
Claims (3)
0.006<[B]−[N]<0.01
但し、[B]、[N]は含有量(質量%) In mass%, C: 0.002-0.1%, Si: 0.02-1.5%, Mn: 1.5-3.0%, Al: 0.01-0.10%, Ti: 0.05 to 0.28%, Mo: 0.2 to 1.2%, N: 0.002 to 0.008%, and B satisfying the following formula, the balance Fe and the amount of unavoidable impurities Wire for electroslag welding containing metal powder.
0.006 <[B]-[N] <0.01
However, [B] and [N] are contents (mass%).
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