JP2011005531A - フラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鋼製外皮の内部に、少なくとも金属または合金を含有するフラックスが充填された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:0.04〜0.30%、Si:0.2〜2.0%、Mn:0.3〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.002〜0.05%、Ni:1.0〜12%、Mg:0.01〜2.0%含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、炭素当量(Ceq)が0.25〜1.2%であり、さらに、フラックス入りワイヤに充填するフラックスの平均粒径が30〜300μmであり、鋼製外皮に外気侵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。
【選択図】 なし
Description
C :0.04〜0.30%、
Si:0.2〜2.0%、
Mn:0.3〜2.5%、
P :0.02%以下、
S :0.02%以下、
Al:0.002〜0.05%、
Ni:1.0〜12%、
Mg:0.01〜2.0%
含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、下記(式1)で示される炭素当量(Ceq)が0.25〜1.2%であり、さらに、フラックス入りワイヤに充填するフラックスの平均粒径が30〜300μmであり、鋼製外皮に外気侵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、フラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Mo]/4
+[Cr]/5+[Cu]/40+[Ti]/30+[Nb]/3
+[V]/5+5×[B] ・・・・・・・・・・・・・・・・ (式1)
但し、[ ]付元素は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
Cr:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜2.0%、
Cu:0.01〜1.5%、
V :0.005〜1.0%、
Ti:0.005〜0.3%、
Nb:0.005〜0.1%、
B :0.001〜0.015%
のうちの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)に記載のフラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ。
Ca:0.0002〜0.01%、
REM:0.0002〜0.01%
のうちの1種または2種を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載のフラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ。
Cは溶接金属の引張強さを高めるのに必須の元素であり、添加量が少ないと十分な溶接金属の引張強さが得られないため、0.04%以上は必要である。しかし、0.30%を超えて過剰に添加すると、溶接金属の靭性を劣化させるため、Cの添加量は、0.04〜0.30%とする。
Siは、脱酸元素であり、溶接金属中のO量を低減して清浄度を高めるためには溶接ワイヤ中のSi含有量を0.2%以上とする必要がある。一方、溶接ワイヤ中のSi含有量が2.0%を超えて過剰になると、粗大な酸化物を生成し溶接金属の靭性を著しく劣化させる。このため、本発明において溶接ワイヤ中のSi含有量は0.2〜2.0%とする。
Mnは、溶接金属の焼入性を確保して強度を高める。また、組織を微細化して靭性向上にも有効な元素であり、これらの効果を得るためには0.3%以上溶接ワイヤに含有する必要がある。一方、溶接ワイヤ中のMn含有量が2.5%を超えると、溶接金属中に残留オーステナイトが過剰に生成するため粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靭性劣化、耐溶接割れ性劣化の可能性が高くなる。
このため、本発明においては、溶接ワイヤ中のMn含有量は0.3〜2.5%とする。
Pは不純物元素であり、靭性を阻害するため極力低減する必要があるが、溶接ワイヤ中の含有量が0.02%以下では靭性への悪影響が許容できるため、本発明では溶接ワイヤ中のP含有量は0.02%以下とする。
Sも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在すると靭性と延性をともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。
Alは脱酸元素であり、Siと同様、溶接金属中の酸素量を低減し、清浄度向上に効果がある。効果を発揮するためには溶接ワイヤ中に0.002%以上含有させる必要がある。一方、溶接ワイヤ中に0.05%を超えて過剰に含有させると、溶接金属中に粗大な酸化物を形成して、この粗大酸化物が靭性を著しく劣化させるため、好ましくない。従って、本発明においては、溶接ワイヤ中のAl含有量を0.002〜0.05%以下とする。
Niは、固溶靭化により溶接金属の他の成分、組織によらず安定して靭性を向上できる唯一の元素であり、特に、高強度の溶接金属で靭性を確保するには必要な元素であり、1.0%以上含有させる必要がある。
なお、Niの効果が確実に靭性向上に寄与するためには2.5〜10.0%がより好ましい。さらに、低温での靭性を確実に確保するには、5.1〜10.0%がより好ましい。
Mgは強脱酸元素であり、溶接金属中の酸素量を低減させることで靭性を改善する効果を持つ。脱酸効果を発現するためには、酸化物やフッ化物の状態ではなく、金属または合金状態でフラックスに添加される必要がある。また、Mgはアーク雰囲気中で蒸発ガス化した際に蒸気圧が高いため、アーク雰囲気中のH2分圧が低減し、溶接金属中の拡散性水素を低減させることができる。これら効果を発現するためには、最低限0.01%必要である。一方、2.0%を越えて溶接ワイヤ中に含有させると、アークが不安定になり、溶接作業性に支障をきたす。なお、より確実に脱酸効果を発現するためには、0.20〜2.0%が好ましく。さらに、より確実に拡散性水素量を低減するためには、0.51〜2.0%が好ましい。
Crは、焼入れ性を高めることにより高強度化に有効な元素である。そのために溶接ワイヤ中に含有させる場合は、0.1%以上必要である。一方、2.0%を越えて過剰に含有させると、ベイナイトやマルテンサイトを不均一に硬化させ、靭性を著しく劣化させるため、本発明においては、溶接ワイヤ中の含有量の上限を2.0%とする。
Moは、溶接金属の引張強さTSを高めるための焼入性向上元素である。また、焼もどし抵抗性を増すことにより強度と靭性を確保することができる。これらの効果を発揮するためには、ワイヤ中にMoを0.1%以上含有させる必要がある。
Cuは強度向上には有効な元素であり、溶接金属の強度向上効果を十分に得るためには、ワイヤ中に含有するCuの含有量、さらに表面にCuがメッキされる場合にはワイヤ中に含有するCuとメッキされるCuの合計含有量を0.01%以上とする必要がある。
Vは微細炭化物を形成して、析出強化により強度確保に有効である。また、Vは溶接金属中に析出物を形成することで、拡散性水素をトラップする効果を持つ。本発明のような拡散性水素量が少ない溶接金属においては、少量の拡散性水素をトラップするだけでも耐低温割れ性を向上させる効果が大きい。これら効果を発現するためには、最低限0.005%必要である。一方、1.0%を越えて溶接ワイヤ中に含有させると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。
Tiは溶接金属において脱酸元素として有効であり、かつ溶接金属中の固溶Nを窒化物として固定して固溶Nの靭性への悪影響を緩和でき、さらにはTiNを形成して多層盛溶接の場合に溶接金属の再加熱領域における加熱オーステナイト粒を微細化する作用もある。これらのTiの作用により溶接金属の靭性向上効果を発揮するためには溶接ワイヤ中にTiを0.005%以上含有させる必要がある。一方、溶接ワイヤ中のTi含有量が0.3%を超えて過剰になると、溶接金属中の粗大な酸化物の形成、および、TiNの過度な析出による靭性劣化が顕著に生じる可能性が大となる。このため、本発明においては、溶接ワイヤ中のTi含有量を0.005〜0.3%とする。
Nbもフェライト安定化元素であり、残留オーステナイト低減に有効であり、また、微細炭化物を形成して、析出強化により強度確保に有効である。これらの効果を発揮するために、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮し、ワイヤ中のNb含有量を0.005%以上とする必要がある。一方、ワイヤ中のNb含有量が0.1%を越えると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。
Bは、焼入れ性を高めて溶接金属の強度向上に寄与する元素であり、また、溶接金属中の固溶Nと結びついてBNを形成して、溶接金属の靭性を向上する作用も有する。これらの効果を確実に発揮するためには、溶接ワイヤ中のB含有量は0.001%以上必要である。一方、溶接ワイヤ中のB含有量が0.015%超となると、溶接金属中のBが過剰となり、粗大なBNやFe23(C、B)6等のB化合物を形成して靭性を逆に劣化させるため、好ましくない。そこで、本発明においては、溶接ワイヤ中にBを含有させる場合は、B含有量を0.001〜0.015%に限定するのがこのましい。
本発明では、上記成分に加えて、さらに、溶接金属の延性、靭性を調整する目的で、必要に応じて、Ca、および、REMのうちの1種または2種以上を以下の範囲内でワイヤ中に含有させることができる。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Mo]/4
+[Cr]/5+[Cu]/40+[Ti]/30+[Nb]/3
+[V]/5+5×[B] ・・・・・・・・・・・・・・・・ (式1)
但し、[ ]付元素は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
Claims (4)
- 鋼製外皮の内部に、少なくとも金属または合金を含有するフラックスが充填された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 :0.04〜0.30%、
Si:0.2〜2.0%、
Mn:0.3〜2.5%、
P :0.02%以下、
S :0.02%以下、
Al:0.002〜0.05%、
Ni:1.0〜12%、
Mg:0.01〜2.0%
含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、下記(式1)で示される炭素当量(Ceq)が0.25〜1.2%であり、さらに、フラックス入りワイヤに充填するフラックスの平均粒径が30〜300μmであり、鋼製外皮に外気侵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、フラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Mo]/4
+[Cr]/5+[Cu]/40+[Ti]/30+[Nb]/3
+[V]/5+5×[B] ・・・・・・・・・・・・・・・・ (式1)
但し、[ ]付元素は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、
Cr:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜2.0%、
Cu:0.01〜1.5%、
V :0.005〜1.0%、
Ti:0.005〜0.3%、
Nb:0.005〜0.1%、
B :0.001〜0.015%
のうちの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に記載のフラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ。 - 前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、
Ca:0.0002〜0.01%、
REM:0.0002〜0.01%
のうちの1種または2種を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載のフラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤ。 - 鋼帯をこれの長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形し、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合わせ溶接し、溶接により得られた継ぎ目無しの管を縮径する前に、ワイヤを500℃以上、700℃以下の焼鈍温度で焼鈍することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のフラックス入り高張力鋼用溶接ワイヤの製造方法。
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