JP2010142873A - フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が10〜25質量%であり、ワイヤ全質量に対して、C:0.03〜0.08質量%、Si:0.10〜1.00質量%、Mn:2.30〜3.75質量%、Ti:0.15〜1.00質量%、TiO2:5.0〜8.0質量%、Al:0.05〜0.50質量%、Al2O3:0.05〜0.50質量%、Mg:0.30〜1.00質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、ワイヤに含有されるTiO2およびTiのうちのTiのみから算出されるTi量をTi算出量、ワイヤに含有される全てのSi源から算出されるSi量の総和をSi算出量としたとき、(Ti算出量/Si算出量)>0.20の関係を満足する。
【選択図】なし
Description
図1(a)〜(d)に示すように、フラックス入りワイヤ(以下、ワイヤと称す)1は、筒状に形成された鋼製外皮2と、その筒内に充填されたフラックス3とからなる。また、ワイヤ1は、図1(a)に示すような継目のない鋼製外皮2の筒内にフラックス3が充填されたシームレスタイプ、図1(b)〜(d)に示すような継目4のある鋼製外皮2の筒内にフラックス3が充填されたシームタイプのいずれの形態でもよい。
フラックス充填率が10質量%未満では、アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、フラックス充填率が25質量%超では、ワイヤ1の断線等が発生し、生産性が著しく劣化する。
Cは、溶接部の焼入れ性を確保するために添加する。C量が0.03質量%未満の場合、焼入れ性不足により、溶接部の強度・靭性が不足する。また、低C量により溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生する。C量が0.08質量%を超えると、溶接時のスパッタ発生量またはヒューム発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、被溶接材である鋼材のC量が多い場合、溶接部(溶接金属)のC量が多くなる。そして、Cが包晶反応を起こす領域になると、溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生しやすくなる。なお、C源としては、例えば、鋼製外皮、Fe−Mn等の合金粉、鉄粉等を用いる。
Siは、溶接部の延性確保、ビード形状維持のために添加する。Si量が0.10質量%未満では、溶接部の延性(伸び)不足となる。また、ビード形状が悪くなり、特に、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。Si量が1.00質量%を超えると、溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生する。ここで、Si量とは、ワイヤ1に含有される全てのSi源から算出されるSi量の総和である。なお、Si源としては、例えば、鋼製外皮、Fe−Si、Fe−Si−Mn等の合金、K2SiF6等のフッ化物、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物を用いる。
Mnは、溶接部の焼入れ性確保のために添加する。Mn量が2.30質量%未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。また、不可避的不純物として含有されるSと結合して得られるMnS量も少なくなるため、MnSによる高温割れの抑制作用が小さくなり、溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生する。Mn量が3.75質量%を超えると、溶接部の強度が過多となり、靭性不足となる。また、溶接部に低温割れが発生する。ここで、Mn量とは、ワイヤ1に含有される全てのMn源から算出されるMn量の総和である。なお、Mn源としては、例えば、鋼製外皮、Mn金属粉、Fe−Mn、Fe−Si−Mn等の合金を用いる。
Ti(金属Ti)は、溶接部(初層溶接部)の耐高温割れ性を改善するために添加する。Ti(金属Ti)は溶接時に脱酸反応に寄与し、溶接金属中の介在物をTi系酸化物組成に制御でき、その結果、溶接部(溶接金属)の凝固組織を微細にでき、溶接部(初層溶接部)の高温割れ抑制作用が改善される。Ti量(金属Ti)が0.15質量%未満では、溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生する。Ti量(金属Ti)が1.00質量%を超えると、溶接金属再熱部が硬くて脆いベイナイト、マルテンサイトになりやすく、靭性が低下する。また、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ti源としては、例えば、鋼製外皮、Fe−Ti等の合金粉を用いる。
TiO2(Ti酸化物)は、全姿勢溶接性を確保するために添加する。TiO2量(Ti酸化物)が5.0質量%未満では、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。TiO2量(Ti酸化物)が8.0質量%を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。また、フラックス3のかさ比重が小さくなり、生産性が劣化する。なお、TiO2源としては、例えば、ルチール等を用いる。
Alは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Mnの歩留まりが安定し、溶接部(初層溶接部)の高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Al量が0.05質量%未満では脱酸が十分でなく、溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生する。また、靭性も低下する。Al量が0.50質量%を超えると、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Al源としては、例えば、鋼製外皮、Al金属粉、Fe−Al、Al−Mg等の合金粉を用いる。
Al2O3は、水平すみ肉姿勢でのビード形状、立向上進姿勢でのビードの垂れ防止のために添加する。Al2O3量が0.05質量%未満では、水平すみ肉溶接でのビード形状(なじみ)が悪く、また、立向上進溶接でビード垂れが発生し、溶接作業性が低下する。Al2O3量が0.50質量%を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。なお、Al2O3源としては、例えば、アルミナや長石等の複合酸化物を用いる。
Mgは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Mnの歩留まりが安定し、高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Mg量が0.30質量%未満では脱酸が十分でなく、溶接部(初層溶接部)に高温割れが発生する。また、靭性も低下する。Mg量が1.00質量%を超えると、スパッタ発生量が多くなる。その他、Mgを添加することでTiの溶接金属への歩留りが向上し、実質的なTi使用量低減を可能とする。また、Tiの溶接金属への歩留りが向上し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なTi系酸化物組成に制御が可能となる。なお、Mg源としては、例えば、金属Mg、Al−Mg、Fe−Si−Mg等の金属粉、合金粉を用いる。
(Ti算出量/Si算出量)は、溶接金属の凝固組織の微細化の度合いを制御して耐高温割れ性を向上させるために設定されたものである。すなわち、ワイヤ1に含まれるTi量(金属Ti)を所定範囲内に制御することで、溶接時にTi(金属Ti)が脱酸反応に寄与し、溶接金属中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なTi系酸化物組成に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細にでき、高温割れ抑制作用を著しく改善できるものである。さらに、核生成促進に効果的なTi系酸化物には、凝固組織の微細化を抑制するSiO2を含有しないことが好ましい。そのため、ワイヤ1に含まれるTi量(金属Ti)を、ワイヤ1に含まれるSi量との関係で規定し、具体的には、Ti算出量とSi算出量との比、すなわち、(Ti算出量/Si算出量)を規定することで、Ti系酸化物組成を凝固組織微細化により効果的な組成に制御可能となり、溶接金属の凝固組織を高温割れ抑制作用の改善において好ましいものに制御可能となる。
また、Si算出量とは、ワイヤ1に含有される前記Si源の全てから算出されるSi量の総和である。なお、前記SiO2は、Si源として用いられる、例えば、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物に含まれる。
残部のFeは、鋼製外皮2を構成するFe、および/または、フラックス3に添加されている鉄粉、合金粉のFeが相当する。
(不可避的不純物)
残部の不可避的不純物としては、S、P、Ni、O、Zr等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。S量、P量、Ni量、O量、Zr量は、それぞれ、0.050質量%以下が好ましく、鋼製外皮2とフラックス3における各成分量の総和である。
また、ワイヤ1の表面にCu鍍金を施すことも可能であり、ワイヤ全質量に対し、0.35質量%以下のCuを含有してもよい。
希土類元素は強脱酸剤であり、適正量の添加であればTiの溶接金属への歩留りが向上し、実質的なTi使用量低減を可能とする。また、Tiの溶接金属への歩留りが向上し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なTi系酸化物組成に制御が可能となり、溶接部(初層溶接部)の耐高温割れ性がさらに改善される。しかし、その含有量が希土類元素換算値で0.500質量%を超えるとスパッタ発生量が多くなり、アークが不安定となりビード外観が不良となる。なお、本発明にいう希土類元素とは、Sc、Yおよび原子番号57(La)乃至71(Lu)をいう。また、希土類化合物とは、希土類元素の酸化物(Nd2O3、La2O3、Y2O3、CeO3、Ce2O3、Sc2O3等の単体の酸化物やこれらの複合酸化物およびモナザイト、バストネサイト、アラナイト、セライト、ゼノタイム、ガドリナイト等の希土類酸化物の鉱石を含む)、弗化物(CeF3、LnF3、PmF3、SmF3、GdF3、TbF3等)および合金(希土類元素−Fe、希土類元素−Fe−B、希土類元素−Fe−Co、希土類元素−Fe−Si、希土類元素−Ca−Si等)、ミッシュメタルをいう。
鋼製外皮(鋼は、C:0.03質量%、Si:0.02質量%、Mn:0.25質量%、P:0.010質量%、S:0.007質量%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるものを使用)の内側に、表1、表2に示す充填率(Flux充填率)でフラックスを充填して、ワイヤ径1.2mmの図1(b)に示すワイヤ1(実施例:No.1〜32、比較例:No.33〜52)を作製した。
C量は、「赤外線吸収法」によって測定した。Si量およびMn量は、ワイヤ全量を溶解し「ICP発光分光分析法」によって測定した。
JIS G3106 SM400B鋼(C:0.12質量%、Si:0.2質量%、Mn:1.1質量%、P:0.008質量%、S:0.003質量%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物)からなる溶接母材を、表3に示す溶接条件で片面溶接(下向突合せ溶接)した。
JIS Z3313に準じて、引張強さ、0℃吸収エネルギー(靭性)について評価した。その結果を表4、表5に示す。
なお、引張強さの評価基準は、490MPa以上640MPa以下のとき「優れている:○」、490MPa未満または640MPa超のとき「劣っている:×」とした。また、0℃吸収エネルギーの評価基準は、60J以上のとき「優れている:○」、60J未満のとき「劣っている:×」とした。さらに、JIS Z3313に準じて、伸びを評価する場合には、その評価基準は、22%以上のとき「優れている:○」、22%未満のとき「劣っている:×」とした。
耐高温割れ性と同様の溶接母材を使用して、下向すみ肉溶接、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、立向下進すみ肉溶接の4種の溶接を行い、作業性を官能評価した。ここで、下向すみ肉溶接試験、水平すみ肉溶接試験および立向下進溶接試験の溶接条件は、前記耐高温割れ性と同様とした(表3参照)。立向上進すみ肉溶接試験の溶接条件は、溶接電流200〜220A、アーク電圧24〜27Vとした。その結果を表4、表5に示す。
なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ、ビード外観等の溶接不良が発生しないとき「優れている:○」、溶接不良が発生したとき「劣っている:×」とした。
総合評価の評価基準は、前記評価項目のうち、耐高温割れ性が「◎◎または◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「より一層優れている:◎」、耐高温割れ性が「○〜◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている:○〜◎」、耐高温割れ性が「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「良好である:○」、前記評価項目の少なくとも1つが「×」のとき「劣っている:×」とした。その結果を表4、表5に示す。
2 鋼製外皮
3 フラックス
4 継目
11 溶接母材
12 耐火物
13 アルミニウムテープ
Claims (2)
- 鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が10〜25質量%であり、ワイヤ全質量に対して、
C:0.03〜0.08質量%、
Si(ワイヤに含有される全てのSi源から算出されるSi量の総和):0.10〜1.00質量%、
Mn(ワイヤに含有される全てのMn源から算出されるMn量の総和):2.30〜3.75質量%、
Ti:0.15〜1.00質量%、
TiO2:5.0〜8.0質量%、
Al:0.05〜0.50質量%、
Al2O3:0.05〜0.50質量%、
Mg:0.30〜1.00質量%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、
前記ワイヤに含有される前記TiO2および前記Tiのうちの前記Tiのみから算出されるTi量をTi算出量、前記ワイヤに含有される全てのSi源から算出されるSi量の総和をSi算出量としたとき、(Ti算出量/Si算出量)>0.20の関係を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。 - 前記ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、さらに希土類化合物の1種または2種以上を希土類元素換算値で0.500質量%以下含有することを特徴とする請求項1に記載のフラックス入りワイヤ。
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