JP2010274304A - 高張力鋼用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、ワイヤ全質量に対する質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.1〜0.4%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:1.0〜3.5%、Al:0.06〜1.5%を含有し、Cr:0.1〜1.0%、Mo:0.1〜1.0%、Nb:0.01〜0.05%、V:0.01〜0.05%の1種又は2種以上を含有し、且つフラックスに、TiO2:2.5〜7.5%、SiO2:0.1〜0.5%、ZrO2:0.2〜0.9%、Al2O3:0.1〜0.4%、弗素化合物の1種又は2種以上のF換算値の合計:0.01〜0.4%を含有し、残部は、Fe、アーク安定剤および不可避不純物からなり、ワイヤの全水素量が15ppm以下であることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(1) 鋼製外皮にフラックスを充填してなる高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.1〜0.4%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:1.0〜3.5%、Al:0.06〜1.5%を必須元素として含有し、Cr:0.1〜1.0%、Mo:0.1〜1.0%、Nb:0.01〜0.05%、V:0.01〜0.05%の1種または2種以上を含有し、且つフラックスに、TiO2:2.5〜7.5%、SiO2:0.1〜0.5%、ZrO2:0.2〜0.9%、Al2O3:0.1〜0.4%、弗素化合物の1種または2種以上のF換算値の合計:0.01〜0.4%を含有し、残部は、Fe、アーク安定剤および不可避不純物からなり、ワイヤの全水素量が15ppm以下であることを特徴とする、高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
(2) ワイヤ全質量に対する質量%で、Ti:0.1〜1.0%、Mg:0.01〜0.9%、Ca:0.01〜0.5%、REM:0.01〜0.5%の1種または2種以上を含有することを特徴とする、上記(1)に記載の高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
(3)ワイヤ全質量に対する質量%で、B:0.001〜0.015%を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
(4) 鋼製外皮に外気浸入の危険性のあるスリット状の継ぎ目が無いことを特徴とする、上記(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
[C:0.03〜0.10質量%]
Cは、固溶強化による溶接金属の強度を確保する重要な元素である。鋼製外皮とフラックス成分合計(以下、ワイヤ成分という。)のCが0.03質量%(以下、%という。)未満では、前記強度確保の効果が得られず、0.10%を超えると過剰なCが溶接金属に歩留り、耐力および強度が過度に上昇して靭性が低下する。
Siは、溶接金属の靭性向上を目的とする。ワイヤ成分のSiが0.1%未満では靭性向上の効果は得られない。一方で0.4%を超えるとスラグ生成量が多くなり、多層盛溶接した場合スラグ巻き込み欠陥が生じる。また、溶接金属中への歩留が過剰となり、強度が過度に上昇するため靭性が低下する。
Mnは、溶接金属の靭性の確保と強度および耐力の向上を目的とする。ワイヤ成分のMnが1.0%未満では靭性が低下する。一方、3.0%を超えるとスラグ生成量が多くなり、多層盛溶接した場合スラグ巻き込み欠陥が生じる。また、溶接金属中への歩留が過剰となり、強度が過度に上昇するため靭性が低下する。
Niは、溶接金属の強度および靭性の向上を目的とする。ワイヤ成分のNiが1.0%未満ではその効果が不十分であり、3.5%を超えると強度が過度に上昇し靭性が低下する。
Alは、溶融池中に溶解した酸素と結合する脱酸剤としての効果があるが、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接での比較的低い入熱条件の場合、形成された酸化物のスラグ浮上が不十分となり易く、溶接金属中に非金属介在物として残留し靭性低下を招くため0.06〜1.5%に制限する。
Cr、Mo、NbおよびVは、いずれも溶接金属の耐力および強度向上を目的とする。これらは1種または2種以上を選択してワイヤ中に添加する元素であるが、規定量を超えると強度が過多となり靭性が低下する。一方、Crが0.1%未満、Moが0.1%未満、Nbが0.01%未満およびVが0.01%未満の1種または2種以上では、溶接金属の耐力および強度向上効果は得られない。
フラックスのTiO2は、アーク安定剤であると共に、スラグ剤の主成分である。溶接時に溶接金属を被包して大気から遮断すると共に、適度な粘性により溶接金属のビード形状を適正に保ち、特に、立向上進溶接では他の金属成分とのバランスによりメタルの垂れ性に大きく影響する。TiO2が、2.5%未満では、立向上進溶接においてメタル垂れが発生し易く、全姿勢溶接が困難である。一方、7.5%を超えるとスラグ量が過剰となりスラグ巻込みが発生し、非金属介在物が増加して靭性が低下する。
フラックスのSiO2は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる。SiO2が、0.1%未満ではスラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり立向上進溶接においてメタル垂れが発生する。一方、0.5%を超えると溶融スラグの粘性が過剰となりスラグ剥離性およびビード形状が不良となる。
フラックスのZrO2は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、スラグ被包性を高める作用を有する。0.2%未満ではその効果が不十分で立向上進溶接においてメタル垂れが発生する。一方、0.9%を超えるとビード形状が凸状となりスラグ巻込みや融合不良を発生し易くなる。
フラックスのAl2O3は、ZrO2と同様に溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、スラグ被包性を高める作用を有する。0.1%未満ではその効果が不十分で立向上進溶接においてメタル垂れが発生する。一方、0.4%を超えるとビード形状が凸状となりスラグ巻込みや融合不良を発生し易くなる。
フラックスの弗素化合物は、スラグ剤として溶接金属を被包してビード形状を良好にすると共に、溶接金属からのスラグ浮上分離を促し、溶接金属中の酸素量を低減して良好な機械的性能を得ることができる。弗素化合物は金属弗化物、アルカリ金属弗化物、アルカリ土類金属弗化物を用いるが、CaF2、BaF2、MgF2、AlF3、LiF、NaF、K2ZrF6、K2SiF6、Na3AlF6等が有効であり、アルカリ金属弗化物を使用する場合にはアークの安定性も向上する。
弗素化合物の1種または2種以上のF換算値の合計が0.01%未満ではその効果が不十分であり、0.4%を超えると、スラグの流動性が過剰になると共にアークが不安定となり姿勢溶接性が劣化する。
ワイヤ中の全水素量は、不活性ガス融解熱伝導度法などにより測定することができる。ワイヤ中の水素は、溶接金属の拡散性水素源となるため、できるだけ低減する必要がある。ワイヤ中の水素量が15ppmを超えると拡散性水素量が多くなり低温割れの感受性が高まる。
なお、ワイヤの全水素量は、水素含有量の低い充填フラックスの選定およびフラックス充填後の焼成によって低減することができる。
ワイヤ成分のTi、Mg、CaおよびREMは、いずれも脱酸剤として溶接金属の酸素を低減し靭性の向上を目的とする。これらは1種または2種以上を選択してワイヤ中に添加する元素であるが、規定量を超えるとアーク中で激しく酸素と反応しスパッタやヒュームの発生が増大する。
一方、Tiが0.1%未満、Mgが0.01%未満、Caが0.01%未満およびREMが0.01%未満では、脱酸剤として溶接金属の酸素を低減し靭性の向上効果は得られない。
ワイヤ成分のBは、微量の添加で溶接金属の焼入れ性を高め、溶接金属の強度および低温靭性を向上させる。Bが、0.001%未満ではその効果が不十分であり、0.015%を超えると強度が過大となり低温靭性が劣化する。なお、Bの効果は、金属単体、合金または酸化物による何れでも発揮することができるため、フラックスに添加する場合の形態は自由である。
フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形しその内部にフラックスを充填した構造で、製造の過程で成形した鋼製外皮を溶接して、外気浸入の危険性のあるスリット状の継ぎ目が無いワイヤと溶接を行わずスリット状の隙間を有するワイヤとに大別できる。本発明は、いずれの断面構造も採用することができるが、鋼製外皮に外気浸入の危険性のあるスリット状の継ぎ目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量低減を目的とした熱処理が可能であり、また製造後の吸湿がないことから、拡散性水素量を低減し耐割れ性を向上する目的において、より望ましい。
ワイヤ記号B2は、Cが多いので0.2%耐力が高く吸収エネルギーが低かった。また、SiO2が多いのでスラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
ワイヤ記号B4は、Siが多いのでスラグ巻き込み欠陥が生じ、吸収エネルギーが低かった。また、Al2O3が少ないのでメタル垂れが生じた。
ワイヤ記号B6は、Mnが多いのでスラグ巻き込み欠陥が生じた。また、溶接金属の0.2%耐力が高く吸収エネルギーが低かった。さらに、弗素化合物のF換算値が多いのでアークが不安定で、メタル垂れが生じた。
ワイヤ記号B8は、Niが多いので0.2%耐力が高く吸収エネルギーが低かった。また、ZrO2が多いのでビード形状が不良で、スラグ巻き込み欠陥も生じた。
ワイヤ記号B10は、Alが多いので吸収エネルギーが低かった。また、TiO2が少ないのでメタル垂れが生じた。
ワイヤ記号B12は、Crが多いので0.2%耐力が高く吸収エネルギーが低かった。また、弗素化合物のF換算値が多いのでアークが不安定で、メタル垂れも生じた。
ワイヤ記号B14は、Vが多いので0.2%耐力が高く吸収エネルギーが低かった。また、Al2O3が少ないのでメタル垂れが生じた。
ワイヤ記号B16は、TiO2が多いのでスラグ巻き込み欠陥が生じ、吸収エネルギーも低かった。また、Tiが多いのでスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号B18は、SiO2が少ないのでメタル垂れが生じた。また、Bが多いので0.2%耐力が高く吸収エネルギーが低かった。
Claims (4)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなる高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量%で、
C :0.03〜0.10%、
Si:0.1〜0.4%、
Mn:1.0〜3.0%、
Ni:1.0〜3.5%、
Al:0.06〜1.5%
を必須元素として含有し、
Cr:0.1〜1.0%、
Mo:0.1〜1.0%、
Nb:0.01〜0.05%、
V :0.01〜0.05%
の1種または2種以上を選択元素として含有し、且つフラックスに、
TiO2:2.5〜7.5%、
SiO2:0.1〜0.5%、
ZrO2:0.2〜0.9%、
Al2O3:0.1〜0.4%、
弗素化合物の1種または2種以上のF換算値の合計:0.01〜0.4%
を含有し、残部は、Fe、アーク安定剤および不可避不純物からなり、ワイヤの全水素量が15ppm以下であることを特徴とする、高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量に対する質量%で、
Ti:0.1〜1.0%、
Mg:0.01〜0.9%、
Ca:0.01〜0.5%、
REM:0.01〜0.5%
の1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量に対する質量%で、
B :0.001〜0.015%
を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。 - 鋼製外皮に外気浸入の危険性のあるスリット状の継ぎ目が無いことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
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